Какие интерфейсы относятся к внутренним rs 485 usb
Обновлено: 06.07.2024
В современном мире, очень большое количество промышленного оборудования работает через физические интерфейсы, для связи.
Физический уровень - это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).
Рассмотрим несколько популярных интерфейсов: RS-485 и RS422
1. Интерфейс RS-485
RS-485 (Recommended Standard 485), также EIA-485 (Electronic Industries Alliance-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня для асинхронного интерфейса связи.
Название стандарта: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems.
Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей, широко используемых в промышленной автоматизации.
Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями:
- Ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronic Industries Association)
- Ассоциацией промышленности средств связи (TIA — Telecommunications Industry Association)
Ранее EIA маркировала все свои стандарты префиксом "RS"
Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил "RS" на "EIA/TIA" с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов.
Стандарт определяет следующие линии для передачи сигнала:
C - необязательная общая линия (ноль)
Несмотря на недвусмысленное определение, иногда возникает путаница, по поводу того какие обозначения ("A" или "B") следует использовать для инвертирующей и неинвертирующей линии. Для того, чтобы избежать этой путаницы часто используются альтернативные обозначения, например: "+" / "-"
Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов.
В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) - его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" - отрицательна.
Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал.
RS-485 - полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.
Несмотря на то, что интерфейс RS-485 двухпроводной, существует его четырех проводная реализация.
При этом интерфейс не становится полнодуплексным, он также является полудуплексным.
Четырехпроводная версия выделяет задающий узел (master), передатчик которого работает на приемники всех остальных.
Передатчик задающего узла всегда активен — переход в третье состояние ему не нужен.
Передатчики остальных ведомых (slave) узлов должны иметь тристабильные выходы, они объединяются на общей шине с приемником ведущего узла. В двухпроводной версии все узлы равноправны.
Сеть построенная на базе RS-485 поддерживает по стандарту до 32 устройств "единичной нагрузки"
На рынке широко представлены устройства с другими значениями "нагрузки" - 1/2(т.е. уже 64 устройства), 1/4 (128 устройств) от единичной нагрузки.
При построении таких линий, возникает достаточно много сложностей, поэтому необходимо обладать должными знаниями для их проектирования.
2. Интерфейс RS-422
Последовательный дифференциальный интерфейс RS-422 (Recommended Standard 422) по своим особенностям очень походит на другой интерфейс передачи данных в сети - RS-485.
Они могут электрически совмещаться между собой, но всё же есть ряд существенных отличий.
RS-422 является полностью дуплексным интерфейсом (full duplex), поэтому передача данных может одновременно осуществлять в обоих направлениях. Например, подтверждение приёма пакетов данных происходит одновременно с приёмом последующих пакетов.
Дуплексность обеспечивается за счёт того, что используется одновременно два приёмопередатчика, один из которых работает на приём, другой - на передачу.
В то время как RS-485 применяется для организации сети со множеством абонентов, RS-422 используется обычно для налаживания передачи данных между двумя устройствами на длинных дистанциях.
Это обуславливается тем, что RS-422 поддерживает создание только одномастерных сетей, в которых в качестве передатчика может выступать только одно устройство, а остальные способны лишь принимать сигнал.
Максимальная дальность действия интерфейса RS-422 точно такая же, как и у RS-485, и составляет 1200 метров.
Интерфейс RS -422 используется гораздо реже, чем RS -485 и, как правило, не для создания сети, а для соединения двух устройств на большом расстоянии.
Каждый передатчик RS -422 может быть нагружен на 10 приемников.
2.1. Подключение интерфейса счетчика Альфа A1800 с полнодуплексным интерфейсом к модему RX.
Данные счетчики подключаются к модему RX по 4-х проводному интерфейсу RS422. Но не смотря на то, что в документации на этот счетчик, интерфейс называется 4-х проводной RS485, на самом деле это RS422.
Полнодуплексным типом интерфейса комплектовались счетчики до 2008 года. На данный момент практически все данные счетчики полудуплексные, но для точности лучше уточнить у поставщика или производителя.
3. Особенности
Несмотря на схожесть интерфейсов RS-485 и RS-422 они не совместимы друг с другом.
Нельзя к прибору с одним типом интерфейса подключать устройства или приборы с другим типом интерфейса.
При построении сети для общения между большим количеством устройств, можно задуматься: а какой интерфейс выбрать? У каждого интерфейса есть свои плюсы и минусы, которые определяют их применение: CAN – автомобилестроение, RS485/RS232 – промышленность, Ethernet – потребительская электроника/сервера. Какие “фичи” микросхемы приёмопередатчика помогают обезопаситься от множества проблем при монтаже и эксплуатации? Как происходит процесс измерений и исследования микросхем приемопередатчиков? Новая микросхема RS485 готова к выходу на рынок!
RS485 – что ты такое?
Итак, прежде, чем говорить о самой микросхеме необходимо разобраться что из себя представляет сам стандарт передачи данных.
В RS-485 для передачи и приёма данных используется витая пара. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов, а это в свою очередь обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Разница напряжений одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности означает логический ноль.
Устойчивость к синфазной помехе
Устойчивость к синфазной помехе является очень важным свойством для приемопередатчиков данного типа – когда к сети подключено множество устройств, очень часто возникают всплески напряжения.
На практике для реализации топологии RS485 нужны микросхемы приемо-передатчиков. При этом, разумеется, характеристики микросхемы должны полностью соответствовать требованиям стандарта.
По интерфейсу RS485 при организации сети микросхема, которая передает информацию называется Master, а которая принимает информацию — Slave. Максимальное количество устройств в линии может быть 256.
Типовая схема применения микросхем приемо-передатчиков RS485
Для того, чтобы создать сеть на основе RS485 для микроконтроллеров, необходимо использовать дополнительную микросхему приемопередатчика. Микроконтроллер подключается к ней по протоколу UART после чего приемопередатчик начинает вещание.
Мы уже выпускаем серийно микросхему К5559ИН10БSI, но ввиду того как быстро увеличиваются объемы данных, которые передают контроллеры скорости 2.5Мбит уже не достаточно. Итак далее будем рассматривать нашу новую микросхему К5559ИН86SI – теперь 30 Мбит. Возникает вопрос: зачем вообще тратить деньги на разработку данной схемы?
Новое поколение RS485 — К5559ИН86SI
И правда, зачем выпускать микросхему, аналогов которой на рынке большое множество? Тут, наверное, можно выделить несколько причин:
- Электросчетчики. Мы долгое время занимаемся разработкой счетчиков, и постепенно переходим на свою элементную базу (контроллер для счетчика). В большинстве счетчиков применяется микросхема RS485 предыдущего поколения — К5559ИН10БSI, однако с каждым годом растут объемы передаваемых данных, поэтому необходимо повышать скорость приемопередатчиков.
- Поддержка напряжения 3В. Постепенно 5-вольтовый стандарт теряет свою актуальность, и новые продукты уже разрабатываются с 3-вольтовыми приемопередатчиками. Этот переход дает существенные преимущества в потребляемой мощности и скорости передачи данных.
- Pin to pin совместимость. Для выхода на коммерческий рынок мы разработали 2 основные стратегии: поиск маржинальных продуктов (подход детально описан в статье про АЦП) и совместимых по функционалу, выводам и характеристикам микросхем (pin to pin). Для того, чтобы не завязываться на одном поставщике, разработчики аппаратуры часто выбирают несколько совместимых микросхем. Такой подход дает несколько плюсов: независимость от поставщика и шанс удешевить свой продукт, выбрав микросхему по меньшей стоимости. Для микросхемы RS485 30Мбит есть множество аналогов (MAX14783EEUA, ST3485EB, ADM3490E, THVD14xx, и другие). Данный подход можно представить в виде мема:
Кристалл получился довольно маленький (1.3мм * 1.3мм), что позволит нам конкурировать в цене с сильными мира сего:
Более подробно о характеристиках микросхемы можно прочитать в спецификации. Сравним основные параметры К5559ИН86SI с зарубежными аналогами.
Параметры получились сравнимыми c зарубежными аналогами, что для разработчиков микросхемы является хорошей новостью. Однако достижение хороших показателей параметров является лишь верхушкой айсберга. Давайте попробуем более детально заглянуть внутрь микросхемы. Помимо того, что описано в стандарте, в любой микросхеме есть свои «фичи». Попробуем поделиться некоторыми из них и приоткрыть дверь в мир процесса исследования «в железе».
Защита от короткого замыкания
При организации сетей на базе RS485 возможна ситуация, когда передатчик “вещает” в линию, в которой устойчиво присутствует другой потенциал. Чаще всего такая ситуация встречается при одновременном “вещании” двух или более передатчиков. Что же будет с микросхемами передатчиков в таком включении? В принципе ничего хорошего. Рассмотрим на простом примере. Подключим напрямую два передатчика (берем только одно соединение для витой пары, для другой все будет тоже самое, но с инверсией): на выходе передатчика 1 будет потенциал +5В (питание), на выходе передатчика 2 будет 0 (Земля).
Транзисторы P1 и N2 будут открыты, и без наличия дополнительной защиты через них будет идти ток короткого замыкания, который будет ограничен только незначительными сопротивлениями самих транзисторов и проводника. Чаще всего в такой ситуации исход один – тепловой пробой транзисторов или любимое всеми на хабре слово – “выгорание”.
Угловой фрагмент фотографии кристалла (чипа) микросхемы RS485 неудачной ревизии
По стандарту RS485 напряжение в линии может быть от -7 Вольт до +12 В (это связано с тем, что земли микросхем могут находиться на довольно приличном друг от друга расстоянии более одного километра и разбежаться друг относительно друга). Худшая ситуация, то есть максимальные токи короткого замыкания, могут быть в том случае, когда передатчик вещает «логическую единицу», а в линии устойчиво потенциал -7 В и вторая ситуация, когда передатчик вещает логический ноль, а в линии устойчиво потенциал 12 В.
Простейший способ обезопасить схему от КЗ – добавить ограничивающие резисторы для каждого транзистора выходного буфера. Суть заключается в следующем: добавляем резисторы в систему, когда ток через них становится довольно приличным по закону Ома — – напряжение на резисторе начинает расти. Когда становится равным порогу срабатывания транзистора (на картинке ниже Pfb и Nfb), включается обратная связь, и ток КЗ уходит в насыщение. В одной ревизии мы так и сделали, но это оказался еще тот фейл…
Из-за того, что в цепи напряжение может быть выше питания, появляется обратный ток. Если бы система питалась от внешнего источника, он мог бы подавить это напряжение, но он питался от внутреннего LDO (линейный регулятор напряжения). Обратный ток повышал напряжение LDO, и схема сгорала. Решение, которое было придумано, выглядит следующим образом:
Источники опорного тока задают ток через транзисторы N3 и P3. Схема токового зеркала определяет максимальный ток, который может проходить через транзисторы N2 и P2, тем самым ограничивает как прямой ток КЗ, так и обратный. Решение получилось рабочим по моделированию, теперь осталось протестировать в железе.
Переходим к измерениям. Нам понадобится источник питания, точный источник-измеритель Keithley2602А и ПО, позволяющее управлять источником-измерителем и снимать ВАХ. Для автоматизации измерений нашими application инженерами был разработан матричный коммутатор, который позволяет автоматически переключать источник-измеритель к различным выводам микросхемы. Для общения с приборами используем LabView.
На коммутаторе остановимся отдельно, естественно, есть зарубежные аналоги, но конкретно данный экземпляр коммутатора 64х8 — собственная разработка нашей команды измерителей, с упором на их каждодневные задачи, позволяет коммутировать 64 вывода микросхемы на 8 каналов (к которым можно подключить какое-либо оборудование), избавляя от действий руками перед каждым измерением.
Ну и конечно же сам измерительный прибор:
Итого, получаем следующие ВАХ (Вольт-Амперные-Характеристики) для выхода передатчика:
Из ВАХ мы видим следующее: в худших случаях при устойчивых потенциалах в линии -7 В или 12 В, ток микросхемы ограничен примерно на уровне 90 мА.
Транзисторы микросхемы при коротком замыкании (при потенциале в линии) не разрушаются! Защита от короткого замыкания работает – проверено.
Однако если подержать в режиме КЗ какое-то время (около 2-х минут), то сработает следующая “фича” – термозащита и схема выключится.
Встроенная термозащита
Защита от перегрева встроена почти во все зарубежные микросхемы приемопередатчиков RS485 и является неотъемлемой функциональной частью схемы. При повышенной температуре параметры транзисторов начинают деградировать, а при токе короткого замыкания разогрев неизбежен и важно вовремя перевести микросхему в выключенное состояние.
Ситуацию с перегревом усугубляет и пластиковый корпус, который весьма плохо отводит тепло. Да и топология кристалла прошла серьезную оптимизацию, чтоб разместить максимум функционала на минимум площади. Если провести аналогию с реальным миром, то пластиковый корпус для кристалла — это как куртка-пуховик для человека.
Гарантированный диапазон температур, в котором должна функционировать микросхема: –40…+85 °С.
В К5559ИН86АSI порог срабатывания термодатчика расположен в районе температуры 165 ºС — при достижении этого значения произойдет выключение микросхемы. Но это речь о температуре кристалла, а не корпуса, цифра 165 ºС также не случайна: при такой температуре кристалл стопроцентно не получит повреждений и продолжит функционировать после остывания. Рабочий же диапазон температур в документации приводится относительно температуры среды, да и, справедливости ради, ее проще контролировать.
Проверка работы микросхемы в температуре происходила при помощи испытательной камеры тепла и холода SU-262. Камера позволяет задать температуру от –60 °С до 150 °С.
Испытательная камера тепла и холода – вид снаружи
Испытательная камера тепла и холода – вид внутри
В процессе измерений нужно проверить следующее: какой запас по температуре есть у кристалла в рабочем режиме?
Подключаем генератор ко входу микросхемы, и смотрим сигнал выхода. При данном тесте температура внешней среды меняется в диапазоне –60 °С до 125 °С. Итого на выходе передатчика видим следующую осциллограмму:
Осциллограмма: DI – информационный входной сигнал передачика, AY, BY – выходные сигналы передатчика, RO – выходной сигнал приёмника.
Во всем диапазоне температур схема функционировала нормально. Однако остается вопрос, а какой запас по температуре? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, нужно понять какова температура самого кристалла, вне корпуса. Для измерения температуры кристалла мы придумали достаточно интересный подход, о котором могу поведать.
Практически во всех микросхемах существует ESD защита (защита от электростатических разрядов). В простейшем случае представляет из себя 2 диода, используемых в обратном включении (один на землю, другой на питание). Воспользуемся тем свойством, что физика полупроводников такова, что напряжение падения на диоде (pn-переходе) зависит от температуры. Используем следующую схему включения:
Используем ту же камеру тепла и холода. Задача стоит следующая: построить зависимость напряжения на диоде от температуры, что поможет вычислить температурный коэффициент. Режим измерения производился с выключенной схемой, которая исключает саморазогрев, то есть позволяет нам откалибровать шкалу:
- Питание на микросхему не подается (VDD = 0)
- К цифровому выводу DI подключаем источник тока 10мкА
Получено следующее значение температурного коэффициента напряжения: 1,78мВ/°С.
Откалибровав шкалу, можно перейти к оценке разогрева микросхемы внутри пластикового корпуса в рабочем режиме при штатных нагрузках и в случае короткого замыкания выходных каскадов. Режим измерения, следующий:
- напряжения питания 5,5 В (VDD = 5,5 В)
- вывод nRE — низкий уровень, вывод DE — высокий уровень;
- тестируемый вывод DI;
- установленный на источнике ток диода 10 мкА (Idiode=10 мкА);
- нагрузка – 54 Ома.
| Температура окружающей среды, °С | Температура на кристалле, °С | |
| К5559ИН86АSI | MAX1478 | |
| 35 | 52,21 | 53,82 |
| 85 | 100,16 | 108,1 |
| 100 | 126,04 | 124,24 |
Вывод-1: кристалл нагревается в рабочем режиме на 26 °С при температуре внешней среды 100 градусов. Порог срабатывания термозащиты (165 ºС) еще далеко.
Вывод-2: в режиме короткого замыкания термозащита срабатывает, по имеющимся измерениям уже при 55 ºС внешней среды, но микросхема не выходит из строя и через некоторое время после того, как она охлаждается – может снова функционировать.
Так мы экспериментально подтвердили, что разработанные схемотехнические решения надежно защищают микросхему от нештатных ситуаций (таких как КЗ или конфликт драйверов) и не оказывает влияния на штатные режимы.
Заключение
В данной статье я постарался познакомить читателей с особенностями такого популярного интерфейса, как RS485. Процесс разработки микросхемы очень тесно переплетается с процессами измерений и прототипирования. И тут большая заслуга наших application инженеров, которые постоянно находят у нас косяки и недостатки. Наверное, двигатель любого прогресса – это конструктивная критика.
PS Образцы микросхемы можно получить бесплатно, оставив заявку на сайте. Да-да, только ленивый нас еще не пнул за то, как все туго с заказами для обычных пользователей. Мы все читаем, и понимаем, насколько это важно. В будущем будет улучшаться наш сайт, чтобы заказ коммерческих микросхем и отладочных плат стал проще.
В современной технике все большее значение приобретает обмен информацией между различными устройствами. А для этого требуется передавать данные как на небольшие расстояния, так и на значительные, порядка километров. Один из таких видов передачи данных – связь между устройствами по интерфейсу RS-485.
Где необходимо передавать данные по RS 485.
Один из самых распространенных примеров применения устройств для обмена данными – дистанционные системы учета электроэнергии. Электросчетчики, объединяемые в единую сеть, рассредоточены по шкафам, ячейкам распределительных устройств и даже подстанциях, находящимся на значительном удалении друг от друга. В этом случае интерфейс служит для отправки данных от одного или нескольких устройств учета.
Система «один счетчик – один модем» активно внедряется для передачи данных в службы энергосбытовых компаний от узлов учета частных домов, небольших предприятий.
Другой пример: получение данных от микропроцессорных терминалов релейной защиты в режиме реального времени, а также централизованный доступ к ним с целью внесения изменений. Для чего терминалы обвязываются через интерфейс связи аналогичным образом, а данные от него поступают в компьютер, установленный у диспетчера. В случае срабатывания защиты оперативный персонал имеет возможность сразу же получить информацию о месте действия и характере повреждения силовых цепей.
Компьютер же обменивается данными с контроллерами – устройствами, преобразующими команды от датчиков на язык, понятный машине, и обратное преобразование: от языка машины в команды управления. Связь с контроллером, а также – между разными контроллерами, осуществляется через интерфейсы связи.
Нельзя хотя бы коротко не упомянуть об интерфейсе RS-232, который еще называют последовательным. Разъем под соответствующий порт имеют некоторые ноутбуки, а некоторые цифровые устройства (те же терминалы релейной защиты) снабжаются выходами для связи с помощью RS-232.
Для того, чтобы обмениваться информацией, нужно уметь ее передавать и принимать. У RS-232 для этого есть передатчик и приемник сигналов. Они имеются в каждом устройстве. Причем выход передатчика одного устройства (TX) соединяется со входом приемника другого устройства (RX). И, соответственно, по другому проводнику аналогичным образом сигнал движется в обратную сторону.
При этом обеспечивается полудуплексный режим связи, то есть, приемник и передатчик могут работать одновременно. Данные по кабелю RS-232 могут в одно и то же время перемещаться и в одну, и в другую сторону.
Недостаток этого интерфейса – низкая помехозащищенность. Это происходит из-за того, что сигнал в соединительный кабель и на прием, и на передачу формируется относительно общего провода – земли. Любая наводка, существующая даже в экранированном кабеле, может привести к сбою связи, потере отдельных битов информации. А это недопустимо при управлении сложными и недешевыми механизмами, где любая ошибка – авария, а потеря связи – длительный простой.
Поэтому RS-232 в основном применяется для небольших временных подключений ноутбука к цифровому устройству, например, для установки начальной конфигурации или исправления ошибок.
![схема подключения rs 485 и rs 232 - распиновка]()
Организация интерфейса RS-485.
Главное отличие RS-458 от RS-232 – все приемники и передатчики работают на одну пару проводов, являющуюся линией связи. Провод земли при этом не используется, а сигнал в линии формируется дифференциальным методом. Он передается одновременно по двум проводам («А» и «В») в инверсном виде.
Если на выходе передатчика – логический «0», то на проводник «А» выдается нулевой потенциал. На проводнике «В» формируется сигнал «не 0», то есть – «1». Если передатчик транслирует «1», получается все наоборот.
Порядок обмена данными между устройствами по RS-485.
Все устройства, объединяемые интерфейсом RS-485, имеют всего два клеммы: «А» и «В». Для подключения к общей сети эти клеммы соединяются в параллельную цепь. Для этого от одного устройства к другому прокладывается цепочка кабелей.
При этом возникает необходимость упорядочить обмен данными между устройствами, установив очередность передачи и приема, а также – формат пересылаемых данных. Для этого служит специальная инструкция, называемая протоколом.
Протоколов обмена данными по интерфейсу RS-485 существует много, наиболее часто используемый – Modbas. Вкратце рассмотрим, как работает простейший протокол, и какие еще проблемы приходится решать с его помощью.
Для примера разберем сеть, в которой одно устройство собирает данные с нескольких источников данных. Это может быть модем и группа электросчетчиков. Для того, чтобы знать, от какого счетчика пойдут данные, каждому приемопередатчику присваивается номер, уникальный для данной сети. Номер присваивается и приемопередатчику модема.
Когда приходит пора собирать данные о расходе электроэнергии, модем формирует запрос. Сначала передается стартовый импульс, по которому все устройства понимают, что сейчас придет кодовое слово – посылка из последовательности нулей и единиц. В ней первые биты будут соответствовать номеру абонента в сети, остальное – данные, например, команда передать требуемую информацию.
При этом во многих протоколах посылается назад подтверждение, что команда принята к исполнению или выполнена. Если ответа нет, передающее устройство может повторить запрос определенное количество раз. Если реакции так и не последует, генерируются сведения об ошибке, связанные с неисправностью канала связи с молчащим абонентом.
Ответа может не последовать не только при поломке. При наличии сильных помех в канале связи, которые все-таки проникают туда, команды могут не доходить до пункта назначения. Еще они подвергаются искажениям и не правильно при этом распознаются.
Неверного выполнения команды допустить нельзя, поэтому в данные посылки вводят заведомо избыточную информацию – контрольную сумму. Она подсчитывается по определенному закону, прописанному в протоколе, на передающей стороне.
Требования к кабельным соединениям.
Для соединения устройств интерфейсом RS-485 используются кабели «витая пара». Хоть для передачи данный достаточно одной пары проводов, обычно применяются кабели минимум с двумя, чтобы был заложен резерв.
Для лучшей защиты от помех кабели экранируются, при этом экраны на всей линии соединяют друг с другом. Для этого на объединяемых устройствах помимо выводов «А» и «В» имеется клемма «СОМ». Заземляется линия только в одной точке, обычно в месте расположения контроллера, модема или компьютера. В двух точках это делать запрещено, чтобы избежать наводок, которые неизбежно пойдут по экрану из-за разности потенциалов в точках заземления.
Кабели соединяют только последовательно друг с другом, делать ответвления нельзя. Для согласования линии в ее конце подключается резистор с сопротивлением 120 Ом (это волновое сопротивление кабеля).
В целом монтаж кабельных линий интерфейса – простое занятие. Гораздо сложнее будет настроить аппаратуру, для чего понадобятся люди со специальными знаниями.
Для лучшего понимая работы интерфейса RS-485 предлагаем Вам посмотреть следующее видео:
Вы можете узнать больше о последовательных интерфейсах, а потом подобрать оборудование для работы с последовательными интерфейсами в нашем каталоге.
Содержание:
Основные отличия RS-232, RS-422 и RS-485
Под обозначениями RS-232, RS-422 и RS-485 понимаются интерфейсы для цифровой передачи данных. Стандарт RS-232 более известен как обычный СОМ порт компьютера или последовательный порт (хотя последовательным портом также можно считать Ethernet, FireWire и USB). Интерфейсы RS-422 и RS-485 широко применяются в промышленности для соединения различного оборудования.
В таблице приведены основные отличия интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485.
| Название | RS-232 | RS-422 | RS-485 |
|---|---|---|---|
| Тип передачи | Полный дуплекс | Полный дуплекс | Полудуплекс (2 провода),полный дуплекс (4 провода) |
| Максимальная дистанция | 15 метров при 9600 бит/с | 1200 метров при 9600 бит/с | 1200 метров при 9600 бит/с |
| Задействованные контакты | TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND* | TxA, TxB, RxA, RxB, GND | DataA, DataB, GND |
| Топология | Точка-точка | Точка-точка | Многоточечная |
| Макс. кол-во подключенных устройств | 1 | 1 (10 устройств в режиме приема) | 32 (с повторителями больше, обычно до 256) |
* Для интерфейса RS-232 не обязательно использовать все линии контактов. Обычно используются линии данных TxD, RxD и провод земли GND, остальные линии необходимы для контроля над потоком передачи данных. Подробнее вы узнаете далее в статье.
Информация, передаваемая по интерфейсам RS-232, RS-422 и RS-485, структурирована в виде какого-либо протокола, например, в промышленности широко распространен протокол Modbus RTU.
Описание интерфейса RS-232
Интерфейс RS-232 (TIA/EIA-232) предназначен для организации приема-передачи данных между передатчиком или терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и приемником или коммуникационным оборудованием (англ. Data Communications Equipment, DCE) по схеме точка-точка.
Скорость работы RS-232 зависит от расстояния между устройствами, обычно на расстоянии 15 метров скорость равна 9600 бит/с. На минимальном расстоянии скорость обычно равна 115.2 кбит/с, но есть оборудование, которое поддерживает скорость до 921.6 кбит/с.
Интерфейс RS-232 работает в дуплексном режиме, что позволяет передавать и принимать информацию одновременно, потому что используются разные линии для приема и передачи. В этом заключается отличие от полудуплексного режима, когда используется одна линия связи для приема и передачи данных, что накладывает ограничение на одновременную работу, поэтому в полудуплексном режиме в один момент времени возможен либо прием, либо передача информации.
Информация по интерфейсу RS-232 передается в цифровом виде логическими 0 и 1.
Логической «1» (MARK) соответствует напряжение в диапазоне от −3 до −15 В.
Логическому «0» (SPACE) соответствует напряжение в диапазоне от +3 до +15 В.
В дополнение к двум линиям приема и передачи, на RS-232 имеются специальные линии для аппаратного управления потоком и других функций.
Для подключения к RS-232 используется специальный разъем D-sub, обычно 9 контактный DB9, реже применяется 25 контактный DB25.
Разъемы DB делятся на Male – «папа» (вилка, pin) и Female – «мама» (гнездо, socket).
Распиновка разъема DB9 для RS-232
Распайка кабеля DB9 для RS-232
Существует три типа подключения устройств в RS-232: терминал-терминал DTE-DTE, терминал- коммуникационное оборудование DTE-DCE, модем-модем DCE-DCE.
Кабель DTE-DCE называется «прямой кабель», потому что контакты соединяются один к одному.
Кабель DCE-DCE называется «нуль-модемный кабель», или по-другому кросс-кабель.
Ниже приведены таблицы распиновок всех перечисленных типов кабеля, и далее отдельно представлена таблица с переводом основных терминов на русский язык.
Распиновка прямого кабеля DB9 для RS-232
Распиновка нуль-модемного кабеля DB9 для RS-232
Таблица с распиновкой разъемов DB9 и DB25.
| DB9 | DB25 | Обозначение | Название | Описание |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 8 | CD | Carrier Detect | Обнаружение несущей |
| 2 | 3 | RXD | Receive Data | Прием данных |
| 3 | 2 | TXD | Transmit Data | Передача данных |
| 4 | 20 | DTR | Data Terminal Ready | Готовность оконечного оборудования |
| 5 | 7 | GND | System Ground | Общий провод |
| 6 | 6 | DSR | Data Set Ready | Готовность оборудования передачи |
| 7 | 4 | RTS | Request to Send | Запрос на передачу |
| 8 | 5 | CTS | Clear to Send | Готов передавать |
| 9 | 22 | RI | Ring Indicator | Наличие сигнала вызова |
Для работы с устройствами RS-232 обычно необходимо всего 3 контакта: RXD, TXD и GND. Но некоторые устройства требуют все 9 контактов для поддержки функции управления потоком передачи данных.
Структура передаваемых данных в RS-232
Стартовый бит (start bit) - бит обозначающий начало передачи, обычно равен 0.
Данные (data bits) – 5, 6, 7 или 8 бит данных. Первым битом является менее значимый бит.
Например, сокращение 8Е1 обозначает, что передается 8 бит данных, используется бит четности в режиме EVEN и стоп бит занимает один бит.
Управление потоком в RS-232
Для того чтобы не потерять данные существует механизм управления потоком передачи данных, позволяющий прекратить на время передачу данных для предотвращения переполнения буфера обмена.
Есть аппаратный и программный метод управления.
Аппаратный метод использует выводы RTS/CTS. Если передатчик готов послать данные, то он устанавливает сигнал на линии RTS. Если приёмник готов принимать данные, то он устанавливает сигнал на линии CTS. Если один из сигналов не установлен, то передачи данных не произойдет.
Программный метод вместо выводов использует символы Xon и Xoff (в ASCII символ Xon = 17, Xoff = 19) передаваемые по тем же линиям связи TXD/RXD, что и основные данные. При невозможности принимать данные приемник передает символ Xoff. Для возобновления передачи данных посылается символ Xon.
Описание интерфейса RS-422
Скорость передачи данных в RS-422 зависит от расстояния и может меняться в пределах от 10 кбит/с (1200 метров) до 10 Мбит/с (10 метров).
В сети RS-422 может быть только одно передающее устройство и до 10 принимающих устройств.
Линия RS-422 представляет собой 4 провода для приема-передачи данных (2 скрученных провода для передачи и 2 скрученных провода для приема) и один общий провод земли GND.
Скручивание проводов (витая пара) между собой позволяет избавиться от наводок и помех, потому что наводка одинаково действует на оба провода, а информация извлекается из разности потенциалов между проводниками А и В одной линии.
Напряжение на линиях передачи данных может находится в диапазоне от -6 В до +6 В.
Логическому 0 соответствует разница между А и В больше +0,2 В.
Логической 1 соответствует разница между А и В меньше -0,2 В.
Стандарт RS-422 не определяет конкретный тип разъема, обычно это может быть клеммная колодка или разъем DB9.
Распиновка RS-422 зависит от производителя устройства и указывается в документации на него.
При подключении устройства RS-422 нужно сделать перекрестие между RX и TX контактами, как показано на рисунке.
Т.к. расстояние между приемником и передатчиком RS-422 может достигать 1200 метров, то для предотвращения отражения сигнала от конца линии ставится специальный 120 Ом согласующий резистор или "терминатор". Этот резистор устанавливается между RX+ и RX- контактами в начале и в конце линии.
Описание интерфейса RS-485
В промышленности чаще всего используется интерфейс RS-485 (EIA-485), потому что в RS-485 используется многоточечная топология, что позволяет подключить несколько приемников и передатчиков.
Интерфейс RS-485 похож на RS-422 тем что также использует дифференциальный сигнал для передачи данных.
- RS-485 с 2 контактами, работает в режиме полудуплекс
- RS-485 с 4 контактами, работает в режиме полный дуплекс
В режиме полный дуплекс можно одновременно принимать и передавать данные, а в режиме полудуплекс либо передавать, либо принимать.
В одном сегменте сети RS-485 может быть до 32 устройств, но с помощью дополнительных повторителей и усилителей сигналов до 256 устройств. В один момент времени активным может быть только один передатчик.
Скорость работы также зависит от длины линии и может достигать 10 Мбит/с на 10 метрах.
Напряжение на линиях находится в диапазоне от −7 В до +12 В.
Стандарт RS-485 не определяет конкретный тип разъема, но часто это клеммная колодка или разъем DB9.
Распиновка разъема RS-485 зависит от производителя устройства и указывается в документации на него.
Подключение RS-485 устройств с 2 контактами.
Подключение RS-485 устройств с 4 контактами.
Для согласования линии на больших расстояниях в RS-485 также ставят согласующие резисторы 120 Ом в начале и в конце линии.
Программы для работы с COM-портами
На компьютере интерфейсы RS-232/422/485 будут представлены как обычный СОМ порт. Соответственно подойдут почти любые программы и утилиты для работы с COM портом.
Каждый производитель выпускает свое ПО для работы с COM портом.
Например, MOXA разработала набор утилит PComm Lite, одна из которых позволяет работать с СОМ портом.
Читайте также: